Les sauropodes, ces dinosaures gigantesques à long cou, sont les plus grands animaux connus ayant existé, bien qu'ils dérivent d'ancêtres bipèdes nettement plus petits. Beaucoup d'entre eux atteignaient plusieurs dizaines de mètres de longueur et des masses dépassant plusieurs dizaines de tonnes.
Ces gigantesques quadrupèdes appartiennent pourtant aux sauropodomorphes, dont les premiers représentants étaient de petits bipèdes n'excédant pas la taille d'une dinde. Cette évolution vers un gigantisme extrême suppose donc une réponse de leur morphologie à des contraintes physiques considérables.
Comparaison des tailles entre un sauropode géant (Brachiosaurus) et un des premiers sauropodomorphes (Panphagia), illustrant l'évolution vers le gigantisme.
Silhouettes de dinosaures d'après Scott Hartman (CC-BY-NC-SA 3.0), silhouettes humaines d'après Yan Wong (Public Domain 1.0). Depuis les travaux de Galilée, il est établi que les os devraient croître disproportionnellement à la masse corporelle. Lorsqu'un objet voit sa taille multipliée par deux par exemple, son volume est quant à lui multiplié par huit. Appliqué aux animaux terrestres, cette relation implique que les os devraient s'épaissir beaucoup plus rapidement que le reste du corps pour soutenir cette prise de masse.
La spécialisation des membres au gigantisme peut également correspondre à des modifications structurelles plus complexes afin de mieux gérer les contraintes liées à l'augmentation de masse. Par exemple, chez les sauropodes et/ou les éléphants, les os sont particulièrement droits, contrairement à ceux d'animaux plus légers, dont les os sont davantage courbés.
Grâce à des outils de numérisation et de modélisation 3D des os, une équipe de chercheurs de l'Institut de systématique, évolution, biodiversité (ISYEB - CNRS/MNHN/Sorbonne Université/EPHE) et du laboratoire Mécanismes adaptatifs et évolution (MECADEV - CNRS/MNHN) révèle que l'apparition des spécialisations morphologiques varie selon le type d'os considéré. Ainsi, ces spécialisations apparaissent très brusquement sur les os de l'avant-bras, tandis qu'elles se mettent en place plus progressivement sur les os des membres arrière.
Les premiers sauropomorphes étant à l'origine de petits bipèdes, cette différence reflète très certainement la transition vers une locomotion quadrupède, imposant une nouvelle contrainte de soutien du corps aux membres antérieurs, alors que les membres postérieurs remplissaient déjà cette fonction.
Schéma comparatif montrant la régionalisation des spécialisations osseuses chez les sauropodes (à gauche) et les rhinocéros (à droite). Chez les sauropodes, la moitié inférieure de l'humérus et les os de l'avant-bras évoluent de manière coordonnée, suggérant une adaptation centrée sur l'articulation du coude.
Silhouette et squelette de sauropode modifié d'après © Scott Hartman.
Squelette de rhinocéros d'après Mallet et al. 2022.
Silhouette de rhinocéros d'après Steven Traver (Public domain 1.0) Dans cette étude, les scientifiques se sont particulièrement intéressés à l'humérus, l'os reliant l'épaule au coude. Ils ont ainsi découvert que les spécialisations des sauropodes n'apparaissent pas de manière uniforme au sein même de l'os. Tandis que la morphologie de sa moitié inférieure évolue brusquement, celle de la moitié supérieure change de manière plus progressive.
Les variations de forme observés sur la partie inférieure de l'humérus suivent un schéma similaire à celui observé pour les os de l'avant-bras (le radius et ulna), ces éléments constituant ensemble l'articulation du coude. Ce résultat concorde avec certaines études réalisées chez des mammifères, notamment les rhinocéros, où une régionalisation autour des articulations a également été repérée. Cela pourrait permettre de peut-être trouver, à l'avenir, une tendance généralisée aux différents groupes d'animaux terrestres.
Ce résultat indique que l'évolution des membres ne s'organise pas nécessairement os par os, comme on le supposait traditionnellement, mais selon des modules fonctionnels centrés sur les articulations. L'articulation du coude apparaît ainsi comme une unité cohérente de transformation évolutive, impliquant plusieurs os, ou parties d'os, soumis aux mêmes contraintes mécaniques.
Une régionalisation comparable autour du coude a également été observée chez plusieurs groupes de mammifères, comme les rhinocéros ou les mustélidés (belettes). La présence de schémas similaires chez des groupes aussi éloignés suggère qu'il ne s'agit pas de cas isolés.
Ces résultats permettront d'identifier, à l'avenir, des tendances généralisées d'évolution des membres chez les différents groupes d'animaux terrestres.